首页 > 应用 > 人工智能

积分器限制:运算放大器的输出阻抗

Sergio Franco 2019-09-25

第一篇文章讨论了积分器对于非理想运算放大器的局限性。我们还讨论了运算放大器的增益带宽积(GBP)的影响。本文将讨论运算放大器的输出阻抗。MNs电子头条

MNs电子头条
MNs电子头条

运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

 MNs电子头条

实际运算放大器的输出阻抗为非零,如图1(a)所示。MNs电子头条

 MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

图1.(a)研究运放非零输出阻抗Zo影响的电路。(b)由于穿通,|H(jf)|不再在高频下滚动。 MNs电子头条

 MNs电子头条

这允许信号在运算放大器周围通过,进而根据公式1改变传递函数H(jf)。MNs电子头条

 MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

公式1MNs电子头条

 MNs电子头条

其中aft被称为馈通增益,T(jf)是常见的环路增益。馈通效应在高频时尤为明显,在高频时,C起短路作用,因此R和Zo形成分压器,从而 MNs电子头条

 MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

公式2MNs电子头条

 MNs电子头条

如图1(b)所示,在纯电阻输出阻抗zo=ro的情况下,馈通的作用是强制H(jf)接近高频渐近值aft,从而停止前一篇文章中设想的-40db/dec的高频衰减。在这方面,必须指出的是,实际运算放大器的输出阻抗可能是比这里使用的简单电阻ro更为复杂的频率函数,因此,目前的考虑应仅作为一个起点,等待通过测量进一步在实验室里改进。MNs电子头条

 MNs电子头条

通过PSpice验证MNs电子头条

 MNs电子头条

我们可以通过图2(a)的pspice电路,使用输出端的串联电阻ro=100Ω来验证我们的发现。图2(b)的曲线图证实了我们的分析。MNs电子头条

 MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

图2。(a)PSpice电路用于研究运算放大器非零输出电阻ro的影响(b)由于馈通,高频渐近线现在是|aft|= 100/(10000+100)≅-40 dB。 MNs电子头条

 MNs电子头条

在基于积分器的滤波器中,馈通可能是一个问题,该滤波器旨在在阻带中提供实质性的衰减。作为一个例子,让我们重新考虑上一篇文章中运行的双二阶滤波器示例,如图3所示,但每个模拟运算放大器的拉普拉斯块现在配备了100Ω的输出电阻。MNs电子头条

 MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

图3.双二阶滤波器的PSpice电路,用于研究运算放大器输出电阻ro的影响。MNs电子头条

 MNs电子头条

如图4(a)所示,带通和低通响应的高频渐近线分别为-68 dB和-108 dB。MNs电子头条

  MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

图4.(a)图3滤波器的交流响应。(b)通过图5中的元件缩放或使用输出电阻小10倍的运算放大器获得相同的响应。MNs电子头条

 MNs电子头条

如有必要,我们可以通过适当缩放元件值来改善这些数值。例如,如图5所示进行缩放(外部电阻是大电阻的10倍,电容是小电阻的10倍,以便使f0和Q保持不变)产生图4(b)的曲线图,其中我们看到BP渐近线从-68db降低到-88db,LP渐近线从-108db到-148db。MNs电子头条

 MNs电子头条

积分器限制:运算放大器的输出阻抗MNs电子头条

图5.组件缩放十倍。MNs电子头条

 MNs电子头条

或者,我们可以通过使用输出电阻小10倍的运算放大器来实现相同的结果(Ro=10Ω),同时保留如图3所示的其余组件。MNs电子头条